Cartographié avec un détail sans précédent les connexions de la perception visuelle dans le cerveau de la souris

Dans un effort scientifique imposant, une équipe de chercheurs américains a aidé à cartographier les liens entre des centaines de milliers de neurones dans le cerveau de la souris, puis superposé leurs modèles d'activation en réponse aux stimuli visuels. Cette découverte représente un élément fondamental de physiologie de base pour comprendre comment le cerveau élabore les informations visuelles nécessaires pour reconstruire les images qui peuvent être vues chaque jour.

Dans le cerveau humain, le traitement des informations a lieu par l'activation électrique de 86 milliards de neurones dont les axones établissent des milliers de milliards de connexions ensemble. Les secrets de la façon dont le cerveau humain vous permet de penser, de ressentir et d'agir est caché dans la complexité de son schéma de câblage et dans les innombrables signaux électriques qui le traversent dans des intervalles de temps de l'ordre des millisecondes. Bien que les découvertes actuelles se concentrent sur une petite fraction du cerveau, elles révèlent les connexions complexes entre les cellules et montrent comment ces connexions sont câblées pour produire des réponses fonctionnelles. Ces informations, qui étaient auparavant au-delà de la portée des neurophysiologistes, pourraient aider à mieux comprendre le fonctionnement normal du cerveau et offrir un guide sur ce qui ne fonctionne pas (ou plutôt un dysfonctionnement) dans le cas de divers troubles ou blessures.

Pour mener l'étude, les chercheurs ont présenté quelques clips vidéo à des souris génétiquement modifiées afin que leurs neurones émettent de la lumière lorsqu'ils ont activé. Les modèles d'activation des neurones dans les zones du cortex cérébral associés à la vision ont été enregistrés optiquement sur un millimètre cube, une taille légèrement plus élevée que ceux d'un grain de sable. Dans cette quantité de tissu, apparemment petite, il y a une complexité surprenante: quatre kilomètres d'axones, les extensions que les cellules nerveuses utilisent pour communiquer entre elles, entrelacent pour créer plus de 524 millions de synapses, à travers plus de 200 000 cellules. Pour cartographier ces connexions, les chercheurs ont travaillé dans des quarts de 12 heures pendant 12 jours consécutifs, diffusant et reproduisant soigneusement des sections minces de tissu cérébral.

La phase suivante – et plus exigeante – était la reconstruction, qui devait assembler soigneusement près de 28 000 images en microscopie électronique pour aligner les connexions qui traversent le volume de tissu cérébral. Des mois de suivi des connexions eux-mêmes ont suivi au moyen d'algorithmes d'apprentissage en profondeur, suivis des révisions manuelles et automatisées. Des modèles prédictifs d'apprentissage en profondeur ont été construits et validés qui expliquent le traitement des informations visuelles dans le cortex. Au total, la quantité de données collectées pour créer cette petite carte s'élève à 1,6 pétaoctet [un petabyte equivale a mille miliardi di byte]équivalent à environ 22 ans de vidéos HD ininterrompues.

Ces résultats surviennent à un moment où les cartes des neurones et leurs connexions sont de plus en plus révélées les mystères du cerveau. En 2023, une recherche financée par NIH Brain Initiative®a produit le premier atlas cellulaire complet du cerveau de la souris, qui comprend les types et les positions analysés dans plus de 32 millions de cellules. L'année dernière, le projet Flywire de Initiative du cerveau du NIH Il a obtenu la cartographie complète du cerveau de la municipalité des fruits de Moscerino della [Drosophila melanogaster]démontrant la valeur unique de la cartographie du cerveau entier dans son intégralité. Les résultats de l'ensemble du programme de recherche, publié sur Nature Dans un ensemble de 10 articles, ils représentent plus de sept ans de travaux effectués par plus de 150 scientifiques du monde entier. Les données du connexion Murino détaillées ici peuvent être affichées en ligne à l'aide de la ressource Microns Explorer . Là NIH Brain Initiative® une collaboration multidisciplinaire, est dans une position unique pour les découvertes transversales dans le domaine des neurosciences, qui révolutionneront la compréhension du cerveau humain. En accélérant le développement et l'application de la neurotechnologie innovante, l'initiative permet aux chercheurs de comprendre le cerveau à un niveau de détail sans précédent, à la fois en termes de santé et de maladie, améliorant la façon dont ils traitent, empêchent et prennent soin des troubles cérébraux.